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스핀테이블을 이용한 스핀안정화 기법 연구

Study on a Spin Stabilization Technique Using a Spin Table

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.46 no.5, 2018년, pp.419 - 426  

김대연 (Department of Aerospace Engineering, KAIST) ,  서종은 (Department of Aerospace Engineering, KAIST) ,  한재흥 (Department of Aerospace Engineering, KAIST) ,  서상현 (Korea Aerospace Research Institute) ,  김광수 (Korea Aerospace Research Institute)

초록
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심우주 탐사 임무를 수행하는 경우 발사체의 최상단에 궤도전이를 위한 고체 또는 액체 엔진이 장착된다. 궤도 전이 과정에서 추력 비정렬 오차가 존재할 경우, 시간이 지남에 따라 탑재체의 자세각 오차가 급속히 증가하여 임무의 성패에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 이러한 추력 비정렬 오차를 줄이는 방법으로는 스핀안정화 방식 또는 3축 자세제어 방식이 있으며, 이 중 시스템 단순화 및 구조 경량화 측면에서 강점을 가지는 스핀안정화 방식이 많이 사용된다. 스핀 안정화를 적용하는 방법 중 하나는 발사체의 스핀테이블 시스템을 사용하는 것이다. 본 연구에서는 스핀테이블이 탑재체 분리 후 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 분석에 필요한 스핀테이블의 기능을 모사할 수 있도록 기초 설계를 수행하였으며, 이를 적용하여 스핀테이블의 거동을 모사하는 시뮬레이션 환경을 구축하였다. 스핀테이블의 유무에 따른 탑재체의 거동 및 스핀테이블의 효과를 분석하였고 스핀테이블 시스템의 구성요소 중 분리스프링의 공차에 의한 탑재체의 분리 후 거동 해석을 수행하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

For an orbit transfer in a space exploration mission, a solid or liquid rocket booster is included at the last stage of the launch vehicle. During the orbit transfer, thrust misalignment can cause a severe orbit error. Three axis attitude control or spin stabilization can be implemented to minimize ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 스핀테이블이 탑재체의 분리 후 거동에 미치는 영향에 대하여 분석한다. 해석환경을 구축하기 위해 기본적인 스핀테이블의 구성을 파악하고 기본 설계를 진행하였다.
  • 본 연구에서는 탑재체의 스핀안정화를 적용하기 위한 장치인 스핀테이블의 기능과 메커니즘을 조사하였다. 탑재체의 자세안정성 영향력을 해석하기 위하여 스핀테이블의 거동을 모사할 수 있는 동역학 시뮬레이션 환경을 구축하였다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 Fig. 17과 같이 스프링상수가 평균 값 2.845 kgf/mm를 기준으로 ± a% 범위에서 균등 분포의 공차를 가지는 것으로 확률밀도함수를 가정하였다.
  • 왼쪽 그림이 스핀테이블을 사용한 경우이며 화살표가 스핀모터의 추력을 나타낸다. 스핀테이블을 사용하지 않는 경우 스핀 모터가 탑재체에 부착되어 있다고 가정하였다. 스핀모터 하나가 점화에 실패했을 경우 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
추력 비정렬 오차를 줄이는 방법은 무엇입니까? 궤도 전이 과정에서 추력 비정렬 오차가 존재할 경우, 시간이 지남에 따라 탑재체의 자세각 오차가 급속히 증가하여 임무의 성패에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 이러한 추력 비정렬 오차를 줄이는 방법으로는 스핀안정화 방식 또는 3축 자세제어 방식이 있으며, 이 중 시스템 단순화 및 구조 경량화 측면에서 강점을 가지는 스핀안정화 방식이 많이 사용된다. 스핀 안정화를 적용하는 방법 중 하나는 발사체의 스핀테이블 시스템을 사용하는 것이다.
스핀테이블의 역할은? 1은 Delta 발사체의 시스템 구성과 스핀테이블의 위치를 나 타낸다. 스핀테이블은 발사체 상단에 위치하여 탑재체와 발사체를 연결해주는 역할을 하며 분리하기 직전 탑재체를 회전시켜 분리시점에서 발생할 수 있는 자세각 오차와 자세안정성에 미치는 영향을 최소화한다. 해외 우주 선진국들의 경우 관련기술 개발이 진행되어 항공우주기업에서 상용기술로 사용하고 있지만 국내에는 관련 연구 또는 개발이력이 전무하다.
Clamp를 이용해 구현하는 것은? 스핀테이블에서 회전모멘트를 발생시키는 고체로켓을 스핀모터라 한다. 스핀테이블은 발사체가 가속하 는 구간에서는 탑재체를 고정시킨 상태로 유지하며, 분리직전 탑재체를 회전시키기 위하여 고정 장치를 해제한다. 이러한 기능을 Clamp를 이용해 구현한다.
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참고문헌 (7)

  1. Oh, C. S., Sun, B. C., Park, Y. G., Noh, E. R., "Study on the Upper Stage Spin-Stabilization of Launch Vehicle," Proceeding of the The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences Fall conference, 2013, pp. 1280-1283. 

  2. Lockheed Martin Missiles & Space, "Lunar prospector missison handbook," 1998. 

  3. Boeing, "Delta II: Payload Planners Guide," 2000. 

  4. Ordahl, C. A. "The MDAC payload assist modules PAM-A and PAM-D," 9th Communications Satellite System Conference, 1987. 

  5. Sun, B. C., and Choi, H. D., "Spin-Stabilization for the Second Stage of Korea Sounding Rocket-III," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 30, No. 7, 2002, pp. 137-143. 

  6. Robinson, W., and Pech, G., "Payload spin assembly for the commercial Titan launch vehicle," 25th Aerospace Mechanisms Symposium, Vol. 3113, 1991. 

  7. Li, Junlan, Shaoze Yan, and Xuefeng Tan. "Dynamic-envelope analysis of clamp-band joint considering pyroshock of satellite separation," Journal of Spacecraft and Rockets, 2014. 

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